Pillole di geotecnica: la determinazione dello stato tensionale iniziale nel terreno

Stato tensionale iniziale
La soluzione di un qualsiasi problema di Geotecnica deve comprendere la conoscenza della natura dei terreni coinvolti e delle loro condizioni iniziali.

Nell’analisi numerica in ambito geotecnico la determinazione dello stato tensionale iniziale nel terreno è un aspetto di fondamentale importanza.
Si supponga di voler simulare la risposta di un nuovo sistema geotecnico. Prima di modellare le varie fasi di costruzione, occorre ricostruire lo stato tensionale iniziale e le sue alterazioni, provocate, ad esempio, da interventi antropici. A seconda del problema da analizzare, esistono dunque diverse possibilità di modellazione delle condizioni iniziali.
La condizione di campo libero è la condizione tensionale iniziale esistente all’interno del terreno. Essa deriva dal susseguirsi dei diversi processi geologici. Il parametro ingegneristico che sintetizza questi processi è il rapporto tra la tensione efficace orizzontale e quella verticale, definito come:

La condizione a riposo esercita una grande influenza sul comportamento del terreno e, conseguentemente, sulla prestazione di una qualsiasi struttura con cui esso interagisce.
Ipotizzando valide le leggi di Hooke per il terreno, sebbene esso non sia un mezzo elastico, lineare e isotropo, il rapporto tensionale varrebbe:

con ν rapporto di Poisson.
Stante la natura non lineare delle terre, in Geotecnica per terreni normalmente consolidati si preferisce ricorrere alla relazione empirica di Jaky (1944):

in cui φ’ è l’angolo di resistenza al taglio del terreno e la tensione efficace verticale è ricavata una volta nota la stratigrafia, le condizioni idrauliche e i pesi dell’unità di volume dei terreni coinvolti nel problema
Per terreni sovraconsolidati, cioè terreni che hanno subito uno scarico tensionale durante la loro storia geologica, vale invece la relazione:

dove OCR è il rapporto di sovraconsolidazione mentre l’esponente m dipende dal tipo di materiale.

In diversi tipi di analisi, oltre alle condizioni deposizionali, è fondamentale tener conto dell’intera storia che precede la realizzazione dell’opera oggetto di studio. Tutti i processi avvenuti tra la condizione indisturbata e la realizzazione del sistema devono essere considerati nella definizione dello stato iniziale modificato in quanto è evidente che la presenza di strutture interagenti con il volume di terreno considerato modifichino lo stato tensionale iniziale indisturbato. Tali variazioni inducono degli effetti che devono essere tenuti in conto nelle analisi.

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